齊 鋒，顧煥濤，杜含杰，齊 睿

(1. 天津航空機(jī)電有限公司 天津300308；2. 93658部隊(duì) 北京100075)

0 引 言

繼 F-35戰(zhàn)斗機(jī)、空客 A380及波音 787等多電飛機(jī)誕生后，多電飛機(jī)及全電飛機(jī)的研發(fā)已成為各國(guó)航空工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域。多電飛機(jī)的一個(gè)重要特征是使用電力能源替代部分次級(jí)功率系統(tǒng)，以達(dá)到提高飛機(jī)可靠性、可維修性及減少自重的目的[1-3]。

多電飛機(jī)中機(jī)載電氣設(shè)備種類及數(shù)量均有很大程度增加，與之相匹配的供電系統(tǒng)復(fù)雜度也高于傳統(tǒng)飛機(jī)。這導(dǎo)致了多電飛機(jī)供電系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)量大、設(shè)計(jì)專業(yè)多和流程操作復(fù)雜的特點(diǎn)。近年來(lái)，傳統(tǒng)飛機(jī)供電系統(tǒng)研制流程中由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞不一致及設(shè)計(jì)不充分引發(fā)的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。因此在新環(huán)境、新要求下將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程與現(xiàn)代數(shù)據(jù)理念相結(jié)合具有重要的意義。

1 飛機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程現(xiàn)狀及問(wèn)題

1.1 飛機(jī)供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

飛機(jī)供電系統(tǒng)指飛機(jī)上電能產(chǎn)生、分配與傳輸至用電設(shè)備端的部分，包括電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。電源系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)或蓄電池產(chǎn)生的電能直接轉(zhuǎn)化并通過(guò)配電系統(tǒng)傳輸至用電設(shè)備，配電系統(tǒng)是從電源匯流條至用電設(shè)備端之間電能的分配、傳輸、控制、保護(hù)及管理系統(tǒng)。

1.2 飛機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程現(xiàn)狀

目前，飛機(jī)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖 1所示。主機(jī)單位負(fù)責(zé)飛機(jī)整體設(shè)計(jì)，將供電系統(tǒng)需求及原理通過(guò)技術(shù)協(xié)議的方式輸出至下級(jí)配套廠商，配套廠商據(jù)此進(jìn)行電源系統(tǒng)及配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造。

圖1 現(xiàn)飛機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程Fig.1 Design process of current aircraft power supply system

配套廠商的設(shè)計(jì)部門在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)主機(jī)單位的設(shè)計(jì)輸入通過(guò)手工操作方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移及需求轉(zhuǎn)換，并完成原理圖設(shè)計(jì)。原理圖主要涉及供電系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，以及飛機(jī)上發(fā)電機(jī)、用電設(shè)備與供電系統(tǒng)的輸入輸出接口等數(shù)據(jù)。

原理設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)部門會(huì)據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng) 3D方案設(shè)計(jì)，輸出結(jié)構(gòu)件圖紙，人工輸出產(chǎn)品級(jí)和系統(tǒng)級(jí)接線圖。接線圖包含系統(tǒng)中產(chǎn)品內(nèi)部元器件電氣連接關(guān)系、系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)品間接口對(duì)應(yīng)關(guān)系以及系統(tǒng)與外部的電氣對(duì)接數(shù)據(jù)。

制造部門依據(jù)產(chǎn)品及系統(tǒng)原理圖、接線圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)件、元器件裝配和接線，之后由質(zhì)檢部門對(duì)產(chǎn)品及系統(tǒng)進(jìn)行一系列測(cè)試和試驗(yàn)，測(cè)試及試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到主機(jī)要求后交付主機(jī)單位進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)試。

1.3 飛機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的問(wèn)題

1.3.1 設(shè)計(jì)需求數(shù)據(jù)的傳遞易發(fā)生人為錯(cuò)誤

技術(shù)協(xié)議是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，它規(guī)定了供電系統(tǒng)的詳細(xì)功能和性能指標(biāo)、系統(tǒng)內(nèi)部及外部的接口等，其中包含的數(shù)據(jù)量是巨大的。僅配電系統(tǒng)中單獨(dú)一個(gè)配電產(chǎn)品便可包含數(shù)百個(gè)接口信息，而供電系統(tǒng)中又包含了眾多電氣產(chǎn)品，整個(gè)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)量可想而知。

配套廠商在進(jìn)行供電系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)主機(jī)需求數(shù)據(jù)的輸入，均為設(shè)計(jì)人員手動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，面對(duì)如此巨大的數(shù)據(jù)量，設(shè)計(jì)人員極易發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)供電系統(tǒng)拆分為多個(gè)廠商共同進(jìn)行研制配套時(shí)，需求數(shù)據(jù)的接收及轉(zhuǎn)化錯(cuò)誤率會(huì)因增加不同廠商之間的信息傳遞環(huán)節(jié)而變得更高。

在進(jìn)行原理設(shè)計(jì)時(shí)，配套廠商設(shè)計(jì)人員已經(jīng)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，但按傳統(tǒng)方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，接口數(shù)據(jù)由從原理設(shè)計(jì)傳遞到接線圖設(shè)計(jì)，依然需要重復(fù)性地人工手動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接。此級(jí)的數(shù)據(jù)遷移工作冗余而繁雜，極大地影響了系統(tǒng)的研制效率。設(shè)計(jì)人員以及審核人員的經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)程度直接影響到接線圖設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，將會(huì)影響到系統(tǒng)實(shí)物的總裝、試驗(yàn)及交付。

1.3.2 數(shù)據(jù)管理和控制過(guò)程易發(fā)生錯(cuò)誤

目前我國(guó)在研機(jī)型眾多，尤其是新型飛機(jī)型號(hào)眾多。在飛機(jī)漫長(zhǎng)的研制過(guò)程中，飛機(jī)設(shè)計(jì)人員可能會(huì)進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)改進(jìn)，進(jìn)而對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)需求數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。對(duì)于這些重要的數(shù)據(jù)，缺少管理機(jī)制和管理通道。在飛機(jī)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)周期內(nèi)，面對(duì)頻繁的更改，需求數(shù)據(jù)在流轉(zhuǎn)過(guò)程中極易產(chǎn)生人為錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)管理混亂等問(wèn)題。

2 基于數(shù)據(jù)的飛機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

分析上述飛機(jī)供電系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中存在的問(wèn)題，可以看到設(shè)計(jì)需求數(shù)據(jù)在供電系統(tǒng)的整個(gè)研制過(guò)程中的重要性。隨著各行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)重視度的增加，以及近年來(lái)數(shù)據(jù)管理、分析及信息化工具的快速發(fā)展，提出了一種以數(shù)據(jù)為中心并與飛機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路。

2.1 開發(fā)通用數(shù)據(jù)庫(kù)及對(duì)接接口

數(shù)據(jù)庫(kù)可存儲(chǔ)電氣部件信息、需求接口等綜合信息數(shù)據(jù)。飛機(jī)整體設(shè)計(jì)單位與配套廠商以數(shù)據(jù)庫(kù)形式存儲(chǔ)正確數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一級(jí)傳遞的準(zhǔn)確性。通過(guò)建立數(shù)據(jù)化平臺(tái)，系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)接口等關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)在主機(jī)與配套廠商原理設(shè)計(jì)間自動(dòng)傳遞、配套廠商原理設(shè)計(jì)與接線設(shè)計(jì)之間自動(dòng)傳遞，可顯著減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)工作量，并避免人為因素導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

2.2 建立數(shù)據(jù)遷移規(guī)則與監(jiān)管機(jī)制

對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的功能邏輯信息、接口信息按標(biāo)準(zhǔn)定義數(shù)據(jù)遷移規(guī)則。數(shù)據(jù)由主機(jī)單位優(yōu)先向配套廠商的原理設(shè)計(jì)進(jìn)行傳遞，再進(jìn)行由原理設(shè)計(jì)到接線設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳遞，逆向傳遞將需要進(jìn)行相關(guān)審批方可實(shí)現(xiàn)。建立完善的數(shù)據(jù)變更策略，在進(jìn)行數(shù)據(jù)更改時(shí)，配合數(shù)據(jù)版本狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)交換，提高系統(tǒng)進(jìn)行變更設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及可靠性。

2.3 建立數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

飛機(jī)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的通用性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)典型的設(shè)計(jì)參照和故障模式，可應(yīng)用信息化、數(shù)字化的工具對(duì)以往設(shè)計(jì)參照和故障模式按規(guī)則進(jìn)行分析和歸類。在進(jìn)行新的方案設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)需求數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并按照規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)匹配，以指導(dǎo)新的方案設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了飛機(jī)供電系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)計(jì)流程，并指出在新形勢(shì)下，供電系統(tǒng)復(fù)雜度增高，系統(tǒng)專業(yè)交叉多，系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)在現(xiàn)有流程模式下傳遞極易出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題。

針對(duì)供電系統(tǒng)研制流程現(xiàn)狀及問(wèn)題，本文提出應(yīng)增強(qiáng)設(shè)計(jì)流程中的數(shù)據(jù)意識(shí)，將現(xiàn)代數(shù)據(jù)概念與供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程相結(jié)合，建立數(shù)據(jù)化、信息化的研制體系，提高設(shè)計(jì)流程的數(shù)字化程度，不但提高飛機(jī)供電系統(tǒng)研制的效率，而且提高飛機(jī)的可靠性。